[发明专利]垂直式发光二极管结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种垂直式发光二极管结构及其制备方法，尤指一种适用于以类金刚石镀膜层作为区隔材料的垂直式发光二极管结构及其制备方法。

背景技术

自60年代起，发光二极管的耗电量低及长效性的发光等优势，已逐渐取代日常生活中用来照明或各种电器设备的指示灯或光源等用途。更有甚者，发光二极管朝向多色彩及高亮度的发展，已应用在大型户外显示广告牌或交通号志。

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的二电极可位于芯片的同一侧或相对侧，前者称之为水平式发光二极管，而后者即所谓垂直式发光二极管。水平式发光二极管电流经过半导体发光层时必须转弯而沿芯片平行方向引出或流入。垂直式发光二极管的电流则可顺流而不必在两极之间转弯。

水平式发光二极管中，电流转弯时在内侧会汇流而造成热点使芯片在该处的缺陷加大而造成光度的衰减。除此之外，电流转弯的外侧因电子密度不足则会降低光子产生的数量。由于电流分布不均匀，水平式发光二极管的芯片不宜加大。与此相较，垂直发光二极管的电流密度平均，不会造成局部过热或局部暗光的现象，因此芯片面积可以加大。

发光二极管的芯片常以外延生长(Epitaxial Growth)的方式沉积在基材(Substrate)的晶硅片上。制造发光二极管晶粒时必须切割晶硅片。芯片面积小时切割的损失比率偏高，降低了晶硅片上的总发光面积。更有甚者，水平式发光二极管必须牺牲部份的发光层来披覆第二个电极。因此以单位发光面积的成本而论，垂直式比水平式为低。因此白光发光二极管的先进设计乃从水平式逐渐改成垂直式。

然而，发光二极管以直流电发光，其驱动电压不高，相当于电子与电洞的电位差。以氮化镓(GaN)产生的白光发光二极管为例，电压只有约3.1-3.3V。发光二极管制成灯具常以更高的电压输入电流，例如以12V的直流电池或110V(220V)的交流家用电源。以高电压点亮发光二极管常需降压，不仅增加电流损耗，也提高了组装成本。

因此，若能提出一种新颖垂直式发光二极管结构，使可提升电压，可免去降压的成本，并同时维持优秀的散热性、使电流获得提升、单位亮度的发光成本降低、提升信赖性(reliability)，如此则可大幅提升其应用范围(例如，车用、家用等)，创造更大经济价值。

发明内容

由此，本发明提供了一种垂直式发光二极管(LED)结构，其包括：多个发光二极管，其中，该每一发光二极管包括一第一电极、一半导体磊晶层、及一第二电极，且该每一发光二极管的第二电极与相邻的发光二极管的第一电极是以串联或并联方式相互连接。

本发明的垂直式发光二极管结构，较佳是以串联方式相互连接，可提高驱动电压，因此可不需使用外加的变压器而可直接连上车用或家用的电源。本发明的垂直式发光二极管的串联方式可分为两种，一种是将发光二极管的正负极交互配置，使正极和负极在同一平面串联。这时相邻的发光二极管其射出光的方向相反。在封装这些发光二极管光源时，逆向射出光点可以斜置的镜面射向外围再反射到正面与正向的光线汇合。另一种是将垂直发光二极管同并排列在平面，但另以第一电极(如，金线等金属线)对应连接隔邻的正极及负极。这种设计可使发光二极管的光线都自负极未遮敝的N-GaN面射出。串联的导线必须绝缘，而最好的绝缘材料例如为类金刚石镀膜(DLC)。

本发明的垂直式发光二极管结构中，该半导体磊晶层较佳可包括一第一半导体磊晶层、一活性层(MQW层或未经掺杂的半导体子层)、以及第二半导体磊晶层。

本发明的垂直式发光二极管结构中，该发光二极管较佳可还包括一保护层，设置于该半导体磊晶层的一侧壁，保护层204的材质较佳为绝缘性碳化物(例如，类金刚石镀膜(DLC))、或绝缘性氧化物(例如，SiO₂)。

此外，本发明的垂直式发光二极管结构较佳可还包括至少一类金刚石镀膜(DLC)层(作为保护层)，是配置于该些垂直式发光二极管之间，并覆盖(或包覆)该第一电极。亦即，此类金刚石镀膜层可作为垂直式发光二极管之间的绝缘材料。此外，类金刚石镀膜层较佳还可用于将该垂直式发光二极管所产生的热量导出。类金刚石镀膜层的蓝光吸收率较佳是小于20％。类金刚石镀膜层的层数可为一层或以上，较佳为二层以上，更佳为二层至十层，并且，该类金刚石镀膜层之间较佳可还包括一中间层。